Основні теоретичні відомості. Загальні відомості про підсистеми (Subsystems)

 

Загальні відомості про підсистеми (Subsystems)

Підсистема – це фрагмент Simulink-моделі, оформлений у вигляді окремого блоку. Використання підсистем при складанні структурних схем має наступні переваги:

1) Зменшує кількість одночасно відображуваних блоків на екрані, що полегшує сприйняття структурної схеми (в ідеалі схема повністю повинна відображатися на екрані монітора).

2) Дозволяє створювати й налагоджувати фрагменти схеми окремо, що підвищує її технологічність створення.

3) Дозволяє створювати власні бібліотеки.

4) Дає можливість зв'язувати підсистему з яким-небудь M-файлом, забезпечуючи запуск цього файлу при відкритті підсистеми.

Використання підсистем і механізму їхніх блоків дозволяє створювати блоки, що не поступаються стандартним по своєму оформленню (власне вікно параметрів блоку, піктограма, довідка й т.п.). Кількість підсистем у моделі не обмежено, крім того підсистеми можуть містити в собі інші підсистеми. Рівень вкладеності підсистем також не обмежений. Зв'язок підсистеми з моделлю (або підсистемою верхнього рівня ієрархії) виконується за допомогою вхідних (блок In бібліотеки Sources) і вихідних (блок Out бібліотеки Sinks) портів. Додавання в підсистему вхідного або вихідного порту приводить до появи на зображенні підсистеми мітки порту, за допомогою якої зовнішні сигнали передаються усередину підсистеми або виводяться в основну модель. Перейменування блоків Inабо Outдозволяє змінити мітки портів, відображувані на піктограмі підсистеми зі стандартних (In і Out) на ті, які потрібні користувачеві.

Створення підсистем

Для створення в структурній схемі підсистеми можна скористатися трьома способами:

1) Скопіювати потрібну підсистему з бібліотеки Subsystem у модель.

2) Виділити за допомогою мишки потрібний фрагмент моделі й виконати команду у меню Edit→ Create Subsystem з менювікна моделі. Виділений фрагмент буде поміщений у підсистему, а входи й виходи підсистеми будуть позначені відповідними портами. Скасувати угруповання блоків у підсистему можна командою Undo.

3) Виділити за допомогою мишки потрібний фрагмент моделі й натиснути на ньому правою клавішею миші. У меню, що з’явилося, вибрати пункт Create Subsystem.

У якості приклада на рис.11.1-11.3 продемонстровано створення підсистеми звичайного алгебричного рівняння .

Рис. 11.1. Задане алгебричне рівняння

Рис. 11.2. Вибраний фрагмент та меню для створення підсистеми

Рис. 11.3. Підсистема та структурна схема, що знаходиться всередині її

Маскування підсистем

Механізм маскування підсистем дозволяє оформити підсистему як повноцінний бібліотечний блок, тобто оформити підсистему власним вікном параметрів, піктограмою, довідковою системою й т.п. Маскування підсистем дає користувачу наступні переваги:

1) Розширює можливості користувача по керуванню параметрами моделі.

2) Дозволяє створювати більш зрозумілий інтерфейс підсистеми.

3) Підвищує наочність блок-діаграми.

4) Розширює можливості побудови складних структурних схем.

Для виконання маскування наявної підсистеми необхідно попередньо виконати наступні дії:

1) Визначити, які параметри підсистеми повинні задаватися користувачем у майбутнім вікні параметрів. Задати ці параметри в підсистемі за допомогою ідентифікаторів (імен).

2) Визначити, яким чином параметр повинен задаватися у вікні діалогу (за допомогою рядка уведення, вибором зі списку, що розкривається, або установкою прапорця).

3) Розробити ескіз піктограми блоку.

4) Створити коментарі (довідку) по використанню підсистеми.

Маскування підсистеми виконується за допомогою Mask Editor (редактор маски). Для запуску редактора маски необхідно виділити масковану підсистему й виконати команду у меню Edit→ Mask Subsystem… або натиснути правою клавішею миші на підсистему та вибрати пункт Mask Subsystem… в меню, що відкрилося, як показано на рис. 11.4. Після запуску Mask Editorна екран буде виведене вікно редактора (рис. 11.4), що має 4 вкладки: Icon& Ports(Піктограма та порти), Parameters (Параметри)Initialization(Ініціалізація), Documentation (Документація).

Рис. 11.4. Запуск редактора маски та вікно його параметрів

 

Перша із вкладок забезпечує створення піктограми підсистеми та настроювання вигляду портів, друга – дає можливість створити вікно діалогу для уведення параметрів, третя – виконувати розрахунки параметрів і четверта – дозволяє ввести опис блоку й створити його довідку. У верхній частині всіх вкладок є поле Mask Type, за допомогою якого можна задати ім'я блоку. У нижній частині вікна є 5 кнопок керування редактором:

1) OK – зберегти внесені зміни й закрити вікно.

2) Cancel – скасувати внесені зміни й закрити вікно.

3) Unmask – зняти маску з підсистеми. До закриття файлу моделі маску можна відновити, скориставшись командою у меню Edit→ Edit Mask, або натиснути правою клавішею миші на підсистему та вибрати пункт Edit Mask у меню, що відкрилось.

4) Help – відкрити вікно довідки редактора маски.

5) Apply – зерегти внесені зміни без закриття вікна редактора.

Після того як маскування системи буде виконано, подвійне натискання на її зображенні буде відкривати вікно параметрів підсистеми, а не вікно структурної схеми. Відкрити саму підсистему для редагування або перегляду можна командою у меню Edit→ Look under mask або натиснути правою клавішею миші на підсистему та вибрати пункт Look under mask у меню, що відкрилось.

Вікно параметрів створюється за допомогою вкладки Parameters (Параметри) редактора маски, що зображена на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Вкладка Parameters редактора маски

 

 

Створення вікна параметрів

Для створення поля уведення параметра з його описом необхідно виконати наступні дії:

1) Натиснути кнопку Add (Додати).

2) Увести опис параметра в поле Prompt (Підказка). Як опис параметра звичайно використовується його назва у вигляді тексту, наприклад, “Power”, “Velocity” і т.п.

3) Указати ідентифікатор параметра в поле Variable (Змінна). Природно, що це повинен бути один з тих ідентифікаторів, що використовувався при завданні параметрів блоків усередині підсистеми (хоча це не обов'язково, оскільки параметр може бути використаний і для модифікації самого вікна діалогу). Всі змінні, ідентифікатори яких задані на вкладці Parameters, розміщуються в Mask Workspace – локальній робочій області маски, і доступні тільки усередині підсистеми.

4) Вибрати тип елемента інтерфейсу із спискуControl Type:

· Edit – Редаговане поле уведення.

· Checkbox – прапорець.

· Popup – список, що розкривається. У цьому випадку в графі Popup (Елементи списку) необхідно ввести елементи списку, розділені символом вертикальної риски. Наприклад, вираз alpha|beta|gamma задасть список із трьох елементів: alpha, beta і gamma.

5) Поставити або зняти прапорець з параметру Evaluate (Обчислюється). Прапорець повинен стояти, якщо параметр має числове значення. У дане поле можна буде ввести вираз відповідно до правил мови MatLab. Формат Evaluateдозволяє також використовувати числову форму значення змінної в тому випадку, якщо тип елемента інтерфейсу обраний у вигляді прапорця або списку, що розкривається. Так, наприклад, для списку, що розкриваєтьсяalpha|beta|gamma значення зв'язаної зі списком змінної дорівнює1, якщо в списку обрано alpha, 2 –якщо в спискуобрано beta, і 3 – якщо в списку обраноgamma. Для елемента інтерфейсу Checkbox обчислюються значення, що рівні 1 (при встановленому прапорці) і0 (при знятому прапорці).

6) Увести команди ініціалізації в вкладці Initialization, що зображена на рис. 11.6.

Рис. 11.6. Вкладка Initialization редактора маски

 

Команди ініціалізації являють собою звичайні команди мовою MatLab і можуть включати оператори та функції. Такі команди задають змінні, які будуть перебувати в робочій області маскованої підсистеми. Ці змінні доступні усередині підсистеми й можуть бути використані як параметри блоків підсистеми, а також для створення піктограми підсистеми. Команди ініціалізації виконуються в наступних випадках:

· При відкритті вікна моделі.

· При запуску моделі на виконання.

· При виконанні команди Edit→ Update diagram.

· При обертанні блоку маскованої підсистеми (у цьому випадку команди ініціалізації забезпечують перерисовку піктограми).

· При автоматичній зміні піктограми, що залежить від параметрів блоку.

Приклад створення підсистеми

У якості приклада розглянемо маскування системи диференційних рівнянь другого порядку, що має вигляд

,

де , , , – змінні параметри, що задаються користувачем, .

Структурна схема, що відповідає заданій системі показана на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Структурна схема до прикладу

 

Застосувавши команду меню Edit→ Create Subsystem структурна схема перетвориться до вигляду, що зображений на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Структурна схема, згорнута у підсистему

Виконуємо команду Edit→ Mask Subsystem… Далі заповнюється вкладка Parameters. У неї необхідно ввести чотири коєфіцієнта з типом edit. Вікно з введеними параметрами показано на рис. 11.9.

Рис. 11.9. Вікно Parameters з введеними параметрами до прикладу

 

Так як рівняння містить один параметр, що розраховується через інші, потрібно у вкладці Initialization ввести формулу для фого обчислення. Ця вкладка показана на рис. 11.10.

Рис. 11.10. Вікно Initialization з розрахунком параметра

По закінченню необхідно натиснути кнопку Apply, а потім кнопку OK. Тепер при двійному натисненні лівою клавішею миші на підсистему відкриється вікно для вводу параметрів, що показано на рис. 11.11. Після вводу параметрів структурну схему можна моделювати.

Рис. 11.11. Параметри підсистеми до прикладу

 

Створення піктограми підсистеми

 

Піктограма підсистеми створюється за допомогою вкладки Icon & Ports (Піктограма та порти) редактора маски. Вікно редактора маски з відкритою вкладкою Icon & Ports показане на рис. 11.12.

Вкладка містить наступні елементи:

1) Icon Drawing commands – область уведення команд малювання. Команди малювання є виразами допустимими в мові MatLab.

2) Block frame – список, що дозволяє вибрати спосіб відображення рамки піктограми:

· Visible – рамка видна.

· Invisible –рамка не видна.

 

Рис. 11.12. Вікно редактора маски з відкритою вкладкою Icon & Ports

 

3) Icon transparency – список, що дозволяє встановити прозорість піктограми:

· Opaque – піктограма не прозора.

· Transparent – піктограма прозора.

4) Icon rotation – список, що дозволяє задати можливість обертання піктограми:

· Fixed – положення піктограми фіксоване.

· Rotates – піктограма може обертатися разом із блоком.

5) Icon Units – список, що задає умови масштабування піктограми:

· Autoscale – автоматичне масштабування. Малюнок займає максимально можливу площу усередині піктограми.

· Normalized – нормалізоване масштабування. Координати лівого нижнього кута піктограми (0, 0), координати правого верхнього кута (1, 1).

· Pixels – координати рисунка задаються в пікселях.

6) Examples of drawing command – приклади команд для редактування піктограм (у цій строчці показані правила застосування цих команд):

· plot – зображує лінії та форми;

· disp – показує текст всередині блоку підсистеми;

· text – показує текст у заданому координатами місці;

· port_label – створює мітки портів;

· image – створює картинку в блоці;

· patch – створює залиті форми;

· color – змінює кольори об’єктів, що розташовані у блоці підсистеми;

· droots – відображує на блоці дробово-раціональну передавальну функцію;

· dpoly – відображує на блоці дискретну передавальну функцію;

· fprintf – друкує на блоці форматований текст.

Приклад створення підсистеми диференційного рівняння третього порядку з піктограмами.

У якості приклада розглянемо маскування системи диференційних рівнянь третього порядку, що має вигляд

,

де , , , , – змінні параметри, що задаються користувачем, , .

Необхідно створити підсистему, замаскувати її та створити піктограми.

Структурна схема, що відповідає заданій системі показана на рис. 11.13.

Застосувавши команду меню Edit→ Create Subsystem до кожного рівняння отримаємо три підсистеми. Називаємо входи та виходи відповідними іменами та отримаємо структурну схему з троьма підсистеми, що зображена на рис. 11.14. Внутрішня структура кожної підсистеми показана на рис. 11.15. Загальна підсистема показана на рис. 11.16.

Рис. 11.13. Структурна схема, що відповідає заданій системі рівнянь

Рис. 11.14. Підсистеми до кожного з диференційних рівнянь

Рис. 11.15. Внутрішня структура підсистем, що показані на рис. 11.14

Рис. 11.16. Загальна підсистема системи диференційного рівняння

 

Виконуємо команду Edit→ Mask Subsystem… Далі заповнюється вкладка Parameters. У неї необхідно ввести п’ять параметрів з типом edit. Вікно з введеними параметрами показано на рис. 11.17. Після цього у вкладці Initialization вводяться формули для обчислення інших параметрів. Це вікно показане на рис. 11.18. По завершенню створимо декілька піктограм: помістимо всередині блоку текст «Differential Equations Subsystem» синього кольору та позначимо вхідні та вихідні порти зеленим та червоним кольорами відповідно. Кінцева структурна схема підсистеми до прикладу показана на рис. 11.19.

Рис. 11.17. Вікно з введеними параметрами до прикладу

Рис. 11.18. Вкладка Initialization з формулами для обчислення параметрів до прикладу

Рис. 11.19. Кінцева структурна схема підсистеми до прикладу

Текст команд, що записуються до вікна Icon Drawing Commands вкладки Icons & Ports буде наступним

color('blue')

disp('Differential Equations Subsystem')

color('red')

port_label('output', 1, 'x1')

port_label('output', 2, 'x2')

port_label('output', 3, 'x3')

color('green')

port_label('input', 1, 'u(t)')

Саме вікно з цими командами показано на рис. 11.20.

Рис. 11.20. Вікно з командами редагування піктограм до прикладу